Le schiume metalliche I metalli cellulari a celle chiuse ed aperte stanno conquistando un grande interesse per via dell’unicità delle loro applicazioni nelle tecnologie più disparate. Essi combinano in un unico elemento interessanti proprietà. Caratteristiche: Bassa densità Elevata resistenza specifica Resilienza (protezione contro gli urti) Interessanti proprietà di scambio termico (scambiatori di calore) Assorbimento acustico

Tecnologie da metallo liquido Metallo liquido: produzione componenti a geometria semplice (pannelli,…) Espansione da semisolido: produzione componenti a geometria complessa in stampo chiuso Sistemi a celle aperte: scambio di calore

Tecnologie da metallo liquido

Schiumatura da preformati polimerici

Scambio termico Il trasporto di calore materiali estremamente porosi, quali le schiume metalliche a celle aperte è stato solo recentemente oggetto di studi. Si ritiene che tali materiali possano fornire dei vantaggi notevoli nel trasporto di calore. La motivazione si attribuisce all’alto rapporto superficie - volume che caratterizza tali materiali e ad un miglioramento delle condizioni di scambio dovuto alla tortuosità presenti all’interno di questi materiali

Processo a stampo chiuso - Semisolido Una polvere metallica (Al) e un agente schiumante (TiH2) vengono miscelati e successivamente compattati con l’obiettivo di ottenere un precursore destinato al trattamento termico Il precursore ottenuto viene riscaldato in forno fino alla temperatura di fusione precursore

Base di partenza scientifica quantità di agente schiumante, TiH2 quantità di stabilizzante, SiC temperatura di trattamento, T tempo di permanenza in forno, tf Parametri di processo: pressione di compattazione, p = 400 MPa fissata fattori = 4 livelli = 4 % TiH2 % SiC T (°C) tf (min) I 0.25 2 700 6 II 0.50 2.5 750 8 III 0.75 3 800 10 IV 1 3.5 850 12 Sulla base dei risultati ottenuti in letteratura, si procede nella progettazione della campagna di esperimenti, volta ad analizzare l’influenza dei parametri di processo sul valore dell’efficienza delle schiume metalliche.Fissando il valore della pressione di compattazione delle polveri a 400MPa, si sviluppa un piano sperimentale con le caratteristiche in tabella.  I fattori riguardanti la realizzazione dei precursori sono la percentuale di idruro di titanio(che varia dallo 0.25 all’1%in peso) e il carburo di silicio (varia dal 2 al 3.5 %in peso) realizzando 16 gruppi di campioni.  La variazione di temperatura del fuso durante il processo di formazione delle schiume rientra nell’intervallo 700°C-850°C poiché temperature inferiori non garantiscono la fusione dell’alluminio,mentre temperature più elevate portano ad ottenere bolle che si uniscono e conducono al drenaggio, dando luogo a vuoti interni troppo grandi e in basso numero.  Per quanto riguarda il tempo di trattamento in forno si varia da 6 a 12 minuti. Per tempi inferiori l’idruro di titanio ancora non inizia a dissociare, mentre se il materiale viene trattato per un tempo superiore, le bolle continuano a crescere fino a portare al collasso dell’intera struttura circostante, conducendo ad un volume finale inferiore a quello ottimale.

Campagna sperimentale La preparazione dei precursori Gruppo % SiC % TiH2 n° precursori 1 2 0.25 16 2.5 3 4 3.5 0,25 5 0.5 6 7 8 9 0.75 10 11 12 13 14 15 Parametri costanti d 10 mm h 5 mm peso 1 g 256 precursori In tabella viene riassunta tutta la produzione dei 16 gruppi di precursori, ciascuno composto da 16 pasticche. Vengono create pasticche del diametro di 10 mm ed altezza di 5 mm (circa 1 grammo).

Effetti dell’agente schiumante

Effetti dei parametri di processo fattori = 3 livelli = 5 Pressione (MPa) Tempo (min.) Temperatura (°C) I 300 5 700 II 350 8 750 III 400 10 800 IV 450 12 850 V 500 15 900 0.5% TiH2 fissato repliche = 4

Analisi dei risultati Main Effect Plot Interaction plot Analisi ANOM: MEP – IP Interaction plot T tf - SiC -TiH2 tf SiC- TiH2 - T TiH2 tf - SiC- T SiC tf - SiC - TiH2 Main Effect Plot T = 750°C tf = 8 min. TiH2 = 1% SiC non influisce su e

Mappe di processo: effetti della pressione e della temperatura

Modellazione degli andamenti sperimentali R2 (R squared) Multiple regression analysis E’ stata condotta un’analisi di regressione multipla per trovare il modello matematico migliore per il processo di schiumatura dell’alluminio. modello generico espresso in forma non lineare Relazione analitica Errore della regressione non accettabile R2 (R squared) Parametri di processo non modellizzabili